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Research on technological process of two-pot countercurrent extraction of hydroxysafflor yellow A

羟基红花黄色素A双罐组式逆流提取工艺研究



全 文 :羟基红花黄色素 A双罐组式逆流提取工艺研究
李页瑞1,陈勇1,王龙虎1,陈雪英1,刘雪松1,孙长海2,闫文杰2
(1.浙江大学 药学院,浙江 杭州 310058,
2.天津红日药业股份有限公司,天津 301700)
[摘要] 目的:研究以红花药材为原料,采用罐组式逆流提取技术提取羟基红花黄色素 A(HSYA)的最优工艺条件。方
法:考察了阶段提取时间、提取温度、乙醇浓度、料液比(g·mL-1)等因素对提取效果的影响,选用 L9(3
4)正交试验法对提取
工艺进行优化研究,并与传统浸提法和药典所述方法进行了比较。结果:阶段提取时间和料液比两个因素对 HSYA提取率有
显著性影响,最佳提取工艺为用10倍药材质量的30%乙醇,在室温下每个阶段提取120min。在此最佳工艺条件下,HSYA提
取率为156%,浸出物中 HSYA纯度为606%。与传统浸提法和药典中所述的超声提取法相比,提取率分别提高612%和
909%,纯度分别提高429%和270%。结论:罐组式逆流提取技术具有操作简便、溶剂用量少、提取率和纯度较高等优点,
具有很大的工业化应用价值。
[关键词] 羟基红花黄色素A;罐组式逆流提取技术;红花;浸提法;超声波提取法
[收稿日期] 20090223
[基金项目] 国家“十一五”科技支撑计划项目(2006BAI06A08)
[通信作者] 刘雪松,博士,副教授,Tel:(0571)88208621,Email:
liuxuesong@zju.edu.cn
[作者简介] 李页瑞,硕士研究生,Tel:(0571)88208621,Email:xi
aozhanleery@163.com
  红花为菊科植物红花 CarthamustinctoriusL.的
花,主要含色素、黄酮类化合物、酚酸、脂肪酸、挥发
油、多炔及其他化学成分[1],具有活血通经、散瘀止
痛的功效[2]。红花的主要活性成分之一是红花黄
色素(safloweryelow,SY),其质量分数为 20% ~
30%,其中又以羟基红花黄色素 A(hydroxysaflor
yelowA,HSYA)含量最高。药理及临床研究表明,
HSYA具有降低血压、扩张血管、抗氧化、抑制血小
板聚集及抗凝、减小心肌梗死范围等作用[35]。随着
溶血栓药物使用量的增加,脑缺血损伤已成为日益
严重的疾病,而 HSYA对脑损伤有很好的保护效
应[6]。因此,开发 HSYA系列制剂及产品,对提高
人民的健康水平具有较大而且深远的意义。
动态罐组式逆流提取技术是一种新型的提取技
术,其原理接近于化工过程中的逆流吸收原理,因为
保持了固液两相间始终具有较大的浓度梯度,所以
能始终维持较好的提取推动力。相比于传统的提取
技术,动态罐组式逆流提取具有节省溶剂用量、缩短
提取时间、减少后续浓缩能耗、易于实现连续化生产
等优点[79]。本研究采用正交试验法对红花双罐组
式逆流提取工艺进行了研究,为开发红花提取新技
术提供科学依据。双罐组式逆流提取过程示意图见
图1,设备示意图见图2。
圆圈代表药材,方形代表溶剂,黑点表示药材和
溶剂中有效成分(HSYA)的含量。
图1 双罐组式逆流提取过程示意图
1 材料
Agilent1200高效液相色谱仪(Agilent,USA);
FA2004电子天平(精密度01mg,上海越平科学仪
器有限公司);METTLERAE240型电子天平(上海
梅特勒托利多仪器有限公司);全自控小型罐组式
逆流提取机组(10L×4罐,温州市金榜轻工机械有
限公司);DZF6050型真空干燥箱(上海精宏实验设
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1~6.管路阀门;7~8.泵;9~10.缓冲罐;11~12.提取罐。
图2 双罐组式连续逆流提取设备示意图
备有限公司);DF101B型集热式磁力搅拌器(江苏
大地自动化仪器厂)。
红花药材由天津红日药业股份有限公司提供,
经浙江大学药学院吴永江教授鉴定为菊科植物红花
C.tinctorius;羟基红花黄色素 A对照品(成都曼斯
特生物科技有限公司,批号 A0380);色谱纯甲醇
(Merck,Germany);色谱纯乙腈(Merck,Germany);
Milipore超纯水;其余试剂均为分析纯。
2 方法
2.1 因素水平的选择
罐组式逆流提取技术的主要工艺参数有药材粒
度、提取温度、溶剂用量(料液比)、阶段提取时间和
提取单元组数等。本研究综合红花药材的性质和已
有文献资料,选用2个提取单元(双罐组式提取),
着重考察了阶段提取时间 A、提取温度 B、乙醇浓度
C、料液比 D4个因素对提取效果的影响,每个因素
选定3个水平,采用 L9(3
4)正交设计表进行试验,
优化提取工艺,各试验因素水平见表1。
表1 正交试验因素水平
水平

阶段提取时间
/min

提取温度
/℃

乙醇浓度
/%

料液比
/g·mL-1
1 60 25 30 1∶6
2 90 30 40 1∶8
3 120 35 50 1∶10
2.2 双罐组式逆流提取操作
罐组式逆流提取是一个可以无限循环的动态提
取过程,循环次数愈多,相当于不断进行重复试验,
相对误差会愈小。在本研究中,每个试验只进行一
次循环操作,因此为了保证评价指标的可靠性,在结
束循环时,对只被提取1次的药材,加相同倍数的新
溶剂提取相同时间,以保证每批次药材都被提净,药
材每次投入量均为250g。具体操作方法:①首先往
1号罐内投入新红花药材,然后加入新溶剂,到达设
定温度后,开启溶剂自循环进行提取;②到达阶段提
取时间,往2号罐内投入新红花药材,1号罐提取液
打往2号罐,往1号罐加新溶剂,到达设定温度后,
分别开启1号罐和2号罐的溶剂自循环进行提取;
③到达阶段提取时间,2号罐提取液打向储液罐,然
后加入新溶剂,1号罐提取液打往中转罐,1号罐药
材已经提取了2次,弃去药渣;投入新红花药材,中
转罐提取液打往1号罐,到达设定温度后,分别开启
1号罐和2号罐溶剂自循环进行提取;④到达阶段
提取时间,1号罐提取液已经饱和;1号罐提取液打
往储液罐,往1号罐加新溶剂,到达设定温度后,开
启1号罐溶剂自循环进行提取;2号罐提取液打往
储液罐,2号罐药材已经提取了2次,弃去药渣;⑤
到达阶段提取时间,1号罐提取液打往储液罐,提取
全部结束。
2.3 HSYA含量测定[2]
2.3.1 色谱条件 AgilentZORBAXSBC18柱(46
mm×250mm,5μm),流动相甲醇乙腈07%磷酸
水溶液(26∶2∶72);流速07mL·min-1;进样量10
μL;柱温25℃;检测波长403nm。
2.3.2 标准曲线的建立 精密称取羟基红花黄色素
A对照品350mg,置5mL量瓶中,用20%甲醇水溶
解并定容至刻度。分别配制成350,175,140,70,35,
175mg·L-1的对照品溶液,进样测定峰面积。以峰
面积为横坐标 X,质量浓度为纵坐标 Y,绘制标准曲
线,所得曲线的回归方程为Y=003192X-517936,
r=0996,表明HSYA在175~350mg·L-1线性关
系良好。
2.3.3 供试品溶液的测定 按正交试验设计各工
艺条件进行双罐组式逆流提取试验,将每次试验所
得的提取液混合均匀,得到供试品溶液。分别精密
量取各供试品溶液10mL,置于25mL量瓶中,加
超纯水定容至刻度,漩涡混匀后,各取15mL,在1
万 r·min-1离心10min,取上清液进样测定,并根
据标准曲线回归方程计算HSYA含量。
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2.4 浸出物含量测定
供试品溶液冷藏过夜后,取上层清液离心,然后
精密吸取上清液10mL,置于干燥已恒重扁形称量
瓶中,水浴挥干溶剂后置干燥箱内,于105℃条件下
干燥至恒重,取出置干燥器内冷却30min,迅速精密
称定质量,计算浸出物含量。每份供试品平行测定
3次,取平均值。
2.5 HSYA提取率和浸出物中HSYA纯度的计算
提取率=提取液中HSYA总量药材总投入量 ×100%
纯度=10mL提取液中HSYA总量10mL提取液中侵出物含量×100%
3 结果与分析
3.1 正交试验
对于中药提取过程,其有效成分的提取率越高
越好,而浸出物的含量则希望其值越低越好,这样有
效组分在浸出物中的含量越高,即纯度越高[11]。根
据21项因素水平表安排正交试验,以 HSYA提取
率和提取液浸出物中HSYA纯度为指标进行工艺评
价,正交试验设计与直观分析结果见表2。对提取
率结果进行统计学处理,得其方差分析结果,见表
3。为优选出更加全面合理的工艺,本研究结合
HSYA提取率与浸出物中 HSYA纯度2个指标,采
用多指标综合评分法对数据进行进一步处理,得到
其综合评分结果与综合评分方差分析,见表2,4(综
合评分 M=08Xi×100/Xmax+02Yi×100/Ymax,其
中Xmax和Ymax分别是正交试验结果中提取率和纯度
的最大值)。
表2 正交试验设计与直观分析
No.
HSYA提取率
Xi/%
浸出物中HSYA
纯度Yi/%
综合评分

1 033 317 299
2 075 409 543
3 085 391 583
4 147 422 897
5 044 255 325
6 144 442 892
7 136 444 854
8 165 445 995
9 122 457 792
由表3可知,各因素对 HSYA提取率具有不同
   表3 提取率方差分析
方差来源 离差平方和 F P
A 0893 119 01
B(误差) 0075    
C 0137 183  
D 0741 988 01
  注:f=2;F01(2,2)=900(表4同)。
表4 综合评分方差分析
方差来源 离差平方和 F P
A 2479007 910 <01
B(误差) 272527    
C 447547 164  
D 2131340 782  
程度的影响,其影响趋势见图3。由极差分析与方
差分析可知,各因素对 HSYA提取率的影响程度依
次为阶段提取时间(A)>料液比(D)>乙醇浓度
(C)>提取温度(B),其中阶段提取时间和料液比2
个因素对提取率具有显著性影响(P<01)。综合
评分结果表明,阶段提取时间对着评分具有显著性
影响(P<01),最佳提取工艺组合为A3B2C1D3。由
于提取温度的影响没有显著性,从工业大生产和节
能降耗等方面综合考虑,提取温度选择室温比较经
济合理且便于操作,因此确定最佳提取工艺为
A3B1C1D3,即用10倍药材质量的30%乙醇溶液,在
室温下每个阶段提取120min。
图3 4因素影响趋势图
3.2 最佳提取工艺的验证
按照确定的最佳提取工艺 A3B1C1D3进行3组
重复试验,结果见表5。HSYA的提取率为156%,
RSD045%,浸出物中HSYA纯度为606%。结果
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表明,按优化工艺进行提取,HSYA提取率、浸出物
中HSYA的纯度均取得较理想的结果,表明该工艺
稳定、可靠。
表5 验证试验 %
No HSYA提取率 浸出物中HSYA纯度
1 156 646
2 156 594
3 155 578
3.3 逆流工艺与其他提取方法比较
3.3.1 药典超声提取法[2] 取红花药材,粉碎后过
3号筛,精密称定一定质量的过筛红花,置于具塞锥
形瓶中,精密加入25%甲醇50mL,称定其质量,在
300W,50kHz条件下超声处理40min,放冷后再称定
质量,用25%甲醇补足减少的质量,摇匀,滤过取续滤
液,即得。取续滤液,在1万 r·min-1条件下离心10
min,取上清液进样分析,并根据标准曲线计算HSYA
含量。进行3组重复实验取平均值,得HSYA提取率
为143%,浸出物中HSYA纯度为477%。
3.3.2 浸提法 精密称取红花药材适量,置干燥洁
净烧杯中,加 10倍量 30%乙醇,室温下浸泡 16h
后,收取625倍量的浸提液,再往烧杯中加入375
倍量30%乙醇,室温下浸泡8h后,收取全部提取液
作为“2次浸提液”。再次精密称取红花药材适量
  
(和前1次质量相当),加入2次浸提液,室温下浸
泡16h后收取625倍量的浸提液,往烧杯中加入
375倍量30%乙醇,室温下浸泡8h,收取提取液,
混合所有浸提液,即得。取混匀后的浸提液,在1万
r·min-1条件下离心10min,取上清液进样分析,并
根据标准曲线计算HSYA含量。进行3组重复实验
取平均值,得 HSYA提取率为 147%,浸出物中
HSYA纯度为424%。
根据实验结果,对不同提取方法进行了比较,由
表6可知,结果双罐组式逆流提取法的提取率最高,
分别比药典超声提取方法和传统浸提法提高了
909%和612%;双罐组式逆流提取法所得浸出物
中HSYA的纯度也最高,分别比药典超声提取法和
传统浸提法提高了270%和429%。药典超声提
取法的溶剂用量大,且其所用溶剂含有具有毒性的
甲醇,会给后处理造成一定的影响。浸提法虽然溶
剂用量与双罐组式逆流提取法相当,但是其提取时
间相当长,1批次红花药材的提取时间约为双罐组
式逆流提取法的6倍,其提取效率远低于双罐组式
逆流提取。可以看出,将双罐组式逆流提取技术用
于HSYA的提取,不仅提高了提取率和浸出物纯度,
而且大大的缩短了每批次药材的提取时间,从而大
幅度的提高产量和生产效率,具有可观的工业化应
用前景。
表6 3种不同提取方法的比较
方法
药材量
/g
料液比
/g·mL-1
HSYA提取率
/%
浸出物中HSYA纯度
/%
一批次提取时间
/h
药典超声波提取 052 1∶100 143 477 2/3
传统浸提 20 1∶10 147 424 22~24
双罐组式逆流提取 250 1∶10 156 606 4
4 结论与讨论
研究以红花为原料,采用罐组式逆流提取技术提
取HSYA的最佳工艺,通过正交试验法对提取工艺进
行优化,在本研究条件下,各因素对HSYA提取率的
影响程度依次为阶段提取时间、料液比、乙醇浓度、提
取温度,其中阶段提取时间和料液比2个因素对提取
率具有显著性影响(P<01),综合评分结果表明阶
段提取时间对综合评分具有显著性影响(P<01)。
实验得到的最佳提取工艺为 A3B1C1D3,即阶段
提取时间120min,提取温度为室温,乙醇浓度30%,
料液比1∶10(g·mL-1),验证试验表明该工艺稳定、
可靠。在最优工艺条件下,HSYA的提取率为
156%,浸出物中HSYA纯度为606%。
本研究筛选到的HSYA提取工艺具有溶剂用量
少、提取率高、浸出物纯度较高等优点,可用于实验
室研究及大规模工业化生产。本研究开展的工作为
罐组式逆流提取技术用于红花提取和后期的工业化
生产奠定了基础。
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Researchontechnologicalprocessoftwopotcountercurrentextraction
ofhydroxysafloryelowA
LIYerui1,CHENYong1,WANGLonghu1,CHENXueying1,LIUXuesong1,SUNChanghai2,YANWenjie2
(1ColegeofPharmaceuticalScienceZhejiangUniversity,Hangzhou310058,China;
2TianjinChaseSunPharmaceuticalCo.,Ltd.,Tianjin301700,China)
[Abstract] Objective:TostudytheoptimumtechnicalconditionsofextractingHydroxysafloryelowA(HSYA)fromCarth
mustinctoriusbymultistagecountercurentextractiontechnology.Method:Theefectsofextractiontimeofeachstage,extraction
temperature,ethanolconcentrationandsolidliquidratio(g·mL-1)onextractionyieldofHSYAwerestudiedbyorthogonaltestde
signandthecomparisonofotherextractionmethodswerepresented.Result:Extractiontimeandsolidliquidratiohadsignificantinflu
enceontheextractionyield,andtheoptimumparameterswereasfolows:Extractiontimeofeachstagewas120min,solidliquidratio
was1∶10(g·mL-1),ethanolconcentrationwas30%,andextractedatroomtemperature.Undertheoptimumconditions,theextrac
tionyieldofHSYAwas156% andthepurityoftheextractwas606%.Comparedwiththetraditionalextractionmethodandtheul
trasonicextractionmethodofthepharmacopoeia,theextractionyieldwasincreasedby612% and909%,thepurityofextractwas
increasedby429% and270%,respectively.Conclusion:Themultistagecountercurentextractiontechnologyhasmanyadvantages
suchassimpleoperation,lesssolventconsumption,higherextractionyieldandpurityofextractandithaswideindustrialapplication
prospect.
[Keywords] hydroxysafloryelowA;multistagecountercurentextractiontechnology;Carthmustinctorius;traditionalmeth
od;ultrasonicextractionmethod
[责任编辑 周驰]
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